颜色定量描述的色度系统有哪些？颜色的三刺激值怎么计算？

为了对颜色进行定量的描述与表达，CIE规定了多个用于颜色描述的表色系统，使颜色的描述与计算具有规范化的标准。那么，颜色定量描述的色度系统有哪些？颜色的三刺激值怎么计算？本文对颜色定苗描述的色度系统及颜色三刺激值的计算方法做了介绍，对颜色测量知识感兴趣的朋友可以了解一下！

颜色定量描述的色度系统有哪些？

1.CIE1931标准色度系统

为了解决由CIE1931RGB色度系统计算颜色的三刺激值时会出现负值的问题，国际照明委员会（CIE）推荐了一组新的曲线，即CIE1931XYZ色度系统。这个系统可以由CIE1931RGB系统通过某种线性关系转换而来，可以计算出CIE1931 XYZ色度系统中的光谱三刺激值x（λ）、y（λ）和z（λ），称这三条曲线为“CIE1931 XYZ标准色度观察者光谱三刺激值”，如下图所示。

它适用于2°视场的中央视觉观察条件。同时，将新的色品坐标x、y、z定义为：

这样，就形成了CIE1931XYZ系统色品图，如下图所示。

2.CIE1964补充标准色度系统

经过实践表明，CIE1931XYZ标准色度系统适用于 1°～4°的观察视场范围。研究发现，当视场增大到4。以上时，x（λ）、y（λ）、z（λ）在波长为380~460nm光谱区间内的数值偏低。日常观察物体时的视野经常超过2°范围，所以为了适应大视场颜色测量的需要，CIE于1964年基于Stiles，Burch和Speranskaya在10°视场条件下获得的两项实验数据，推荐了一组“CIE1964补充标准色度观察者光谱三刺激值”，这一系统称为CIE1964补充标准色度系统或10°视场X10Y10Z10色度系统。其色品图如下图所示。

3.CIE1976Lab色度系统

CIE推荐的X，Y，Z空间是不均匀的，在此空间中，两对等距的颜色点，并不一定给人以相同的颜色感觉。为了提高计算结果与视觉的相关性，CIE推出了几种均匀颜色空间（CIE1964W*U*V*、CIE1976L*u*v*、CIE1976L*a*b*等），其中应用最广泛的是CIE1976L*a*b*均匀颜色空间。当X，Y，Z和X0，Y0，Z0满足条件X/X0>0.008856，Y/Y0>008856，Z/Z0>0.008856时，其坐标参数为：

当X/X0，Y/Y0，Z/Z0三个值中任一个小于 0.008856 时，其坐标参数为：

式中的X0，Y0，Z0代表CIE标准照明体照射在完全漫反射体上，然后反射到人眼中的三刺激值，其取值如下表所示。

L*为明度指数，表示黑-白轴，a*和b*为色度指数，分别表示红-绿轴和黄-蓝轴。L*为10时，表示对光完全散射的漫射体：L*为0时，表示对光完全吸收的黑体。a*值越大，样品的色调越红；b*值越大，色调就越黄。

颜色三刺激值计算方法：

根据CIE规定的色度系统，颜色的三刺激值可分为基于RGB色度系统的三刺激值与基于XYZ色度系统的三刺激值，RGB三刺激值主要表示数字设备上的颜色，实现像素点间颜色的构成，很少用于实际生产应用中颜色的测量及表述。而XYZ三刺激值多用于描述物体的真实颜色，在实际工业生产中，对于产品颜色参数的测量都基于XYZ三刺激值进行。

以CIE1964XYZ色度系统为基准，在4°～10°观测条件下，人眼感知到的颜色三刺激值计算公式如下式所示。

式中，φ（λ）代表为人眼视觉感知到的颜色光的相对光谱功率分布，x10，y10，z10为CIE1964XYZ光谱三刺激值。对于非发光物体而言，其相对光谱功率 φ（λ）的计算公式如下式所示。

式中S（λ）为照明光源相对光谱功率分布，ρ（λ）为待测物光谱反射比。

在实际应用的过程中对于颜色三刺激值计算式的使用一般采用近似求和的方式来计算，其计算过程如下式所示。

式中，k10为归一化系数，代表将测量所用标准光源三刺激值中Y的数值调整至100，其计算方法如下式所示。

式中，λ积分的范围一般为380-780nm的可见光。而在实际工业应用中，取400～700nm即可，对于△λ的选取，根据CIE标准测试实验，选择取样区间△λ为10nm时已能够给出较准确结果；若取样区间△λ为5nm，则在多数实际生产测量的环境下都能得到准确的测量结果。在得到颜色三刺激值后根据下式计算得到颜色色品坐标。

CIELab色度系统怎么表示色差值？

从CIE1931RGB系统到CIE1931XYZ系统，再到CIE1960UCS系统，再到CIE1976LAB系统，一直都在向颜色“均匀化”方向发展。1976年CIE推荐的均匀颜色空间及其有关色差公式，即CIE1976LAB（或Lab）系统，现在已成为世界各国正式采纳、作为国际通用的测色标准。它适用于一切光源色或物体色的表示与计算。

CIE1976Lab空间由CIEXYZ系统通过数学方法转换得到，转换公式为：

其中，X、Y、Z是物体色的三刺激值；Xn、Ya、Zn为CIE标准照明体的三刺激值；L表示心理明度；a、b表示心理色度。

从上面的转换式中可以看出：由X、Y、Z变换为L、a、b时包含有立方根的函数变换，经过这种非线形变换后，原来的马蹄形光谱轨迹不复保持。转换后的空间用笛卡儿直角坐标体系来表示，形成了对立色坐标表述的心理颜色空间。L轴表示明度，黑在底端，白在顶端，+L表示颜色偏浅，-L表示颜色偏深，+a表示红色，-a表示绿色，+b表示黄色，-b表示蓝色，颜色的明度由L的百分数来表示。

色差是指用数值的方法表示两种颜色给人色彩感觉上的差别。若两个色样样品都按L、a、b标定颜色，则两者之间的总色差△Eab以及各项单项色差可用下列公式计算：

明度差：△L=L1-L2

色度差：△a=al-a2，△b=bl-b2

总色差：△E*ab=[（△L*）2+（△a*）2+（△b*）2]1/2